清華教授對芯片發展的概括

半導體集成電路在所有的產業當中，是屬于最基礎也是最核心的一部分。使用的手機、駕駛的汽車、還有日常使用的各種電器都包含芯片。這兩年集成電路領域開始投入比以往更大的生產力量，行業內也一些巨頭企業也紛紛取得重大突破。

比如芯片制造巨頭臺積電和三星都突破了5nm制程工藝，而國產芯片想要達到5nm的程度，可能還需要好幾年時間。

看似遙不可及，不過有一位清華教授認為，國產芯片想要跨過5nm實現更高工藝制程不是不可能，但要突破3項關鍵技術。

在2020年中國（上海）集成電路創新峰會上，清華大學教授，中國半導體行業協會副理事長魏少軍帶來了一番演講，發表了《關于集成電路創新的一些思考》講話。

魏少軍提到，集成電路的發展方向概括可以分為：新器件新材料新工藝、微納系統集成、芯片架構創新三大技術領域。

也就是說，在整個的集成電路領域，這三項技術是關鍵，也是未來對更高工藝制程的規劃方向。比如在芯器件的變化上，魏少軍提到了以前認為20nm就已經達到了摩爾定律的盡頭，晶體管密度無法更進一步。

但是現在有了5nm，大部分企業對于器件結構選擇的偏好，會影響行業的發展。隨著晶體管結構和材料的創新，未來在應用GAA技術以后，解決3nm甚至更小尺寸的半導體工藝將不再是問題。

從芯片器件，材料，新工藝以及微納系統集成，芯片架構創新這三個方面來看，清華教授魏少軍對芯片發展的概括還是較為全面的。早期的認知在隨著技術工藝的突破，將帶來更先進的芯片架構。

如果國產芯片能夠突破這3項關鍵技術，跨過5nm，實現3nm也不是不可能。但問題在于，我們有這方面的實力或者準備嗎？答案是有。

各項技術的進展

首先是芯片新器件新材料新工藝。在中科院的研究下，已經在新材料方面使用石墨烯制成了8英寸石墨烯晶圓。采用石墨烯作為芯片的材料，被定義為碳基芯片。傳統的芯片采用硅作為材料，所以被定義為硅基芯片。

碳基芯片的優勢在于對高端光刻機沒有太大的依賴，因為性能是硅基芯片的十倍。哪怕制程工藝稍微弱一點，也能取得更高工藝硅基芯片一樣的效果。

新的器件，新的材料，新的工藝，一切區別于傳統意義上的芯片，在全新的道路上取得突破，未必不可行。

其次是微納系統集成。可能涉及全包圍柵晶體管（GAA）和，新型晶體管結構FinFET的應用。GAA是全新可用于3nm甚至更高的晶體管技術。對更高微納系統的集成有更高的可控度。

臺積電放棄了成熟的FinFET晶體管技術，從而選擇GAA，這是一項冒險，但如果實現突破的話，3nm技術工藝將不再是神話，是可以真正用在芯片制造上的。

最后是芯片架構創新，關于這一點，主要包括芯片設計初始流程。美國和歐洲在芯片設計軟件上十分重視，全新的芯片架構創新產生的增值已經超過了芯片本身，其創新程度決定芯片架構的可行性。

綜合來看，在各項技術進展有突破，但也有待進步的地方。尤其是在微納系統集成和芯片架構創新，這需要時間的積累。

總結

我國對芯片的需求非常高，是全世界芯片消耗量最大的國家。每年幾乎都要靠進口才能滿足芯片需求，可是這不是我們的追求。極度依賴進口不是什么好事，所以要擺脫依賴，自給自足。

未來想要突破5nm甚至更高的工藝，魏少軍提到的三項技術關鍵還需要努力耕耘，希望早日實現這幾項的突破。
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